Análise do Impacto da Inspeção e Manutenção da Câmara de Arco a Vácuo na Melhoria da Confiabilidade dos Disjuntores a Vácuo

Os disjuntores de vácuo são amplamente utilizados em redes de distribuição. Como componentes centrais do equipamento de fornecimento de energia, seu desempenho depende tanto das capacidades dos interrompedores de vácuo quanto das características mecânicas dos disjuntores (distância de abertura do contato, curso, pressão, velocidade média de fechamento/abertura, tempo de rejeição no fechamento, assincronismo de abertura-fechamento, número de operações e desgaste cumulativo permitido dos contatos). Ambos são críticos para a operação confiável. O interrompedor de vácuo é o "coração" do disjuntor; sem um de alto desempenho e confiável, a operação de alta confiabilidade é impossível. Portanto, a detecção e manutenção regulares dos interrompedores, por meio de avaliação qualitativa-quantitativa do desempenho, são vitais para a operação segura e estável do disjuntor.

1 Indicadores de Desempenho dos Interrompedores de Vácuo

Um interrompedor de vácuo consiste em um sistema de isolamento hermético (invólucro), sistema condutor e sistema de blindagem. Seu desempenho é caracterizado pelo nível de isolamento (tensão de resistência de frequência de rede de 1 min, tensão de resistência de impulso de 1,2/50), grau de vácuo e resistência DC do circuito principal. A detecção e avaliação precisas requerem testes e análise abrangentes desses indicadores.

O método de tensão de resistência de frequência de rede é comumente usado para testes de isolamento in loco. Com avanços na tecnologia de teste, o teste de grau de vácuo está sendo cada vez mais aplicado. No entanto, algumas províncias "Regulamentos para Testes de Entrega e Preventivos de Equipamentos Elétricos" não enfatizam suficientemente a detecção do grau de vácuo, sugerindo até mesmo "usar a tensão de resistência de ruptura como substituto quando a detecção for inviável". Isso cria mal-entendidos teóricos e práticos, arriscando acidentes de gestão e técnicos. Recomendo revisões regulatórias oportunas para melhorar o sistema de avaliação do desempenho do interrompedor e garantir a operação segura do equipamento da rede de distribuição.

1.2 Tipos de Falhas nos Interrompedores de Vácuo

Como participante na detecção in loco, foi constatado que as falhas dos interrompedores de vácuo se dividem em duas categorias:

• Falhas explícitas são caracterizadas pela ruptura da casca ou danos nas pregas, levando à entrada de ar, perda de vácuo no interrompedor e comunicação com a atmosfera.

• Falhas implícitas referem-se à diminuição gradual do grau de vácuo. Embora o interrompedor não esteja em comunicação com a atmosfera, a pressão interna do ar excede o valor permitido devido a fatores de fabricação, transporte, instalação ou manutenção, resultando em que o interrompedor não atenda à capacidade de interrupção normal. O perigo dessas falhas latentes é significativamente maior do que o das falhas explícitas. A diminuição do grau de vácuo afetará seriamente a capacidade de interrupção de corrente excessiva do disjuntor de vácuo, encurtando drasticamente a vida útil do disjuntor e podendo causar explosão do interruptor em casos extremos.

1.3 Análise das Limitações dos Testes de Tensão de Resistência de Frequência de Rede e Grau de Vácuo

Do ponto de vista da experiência prática in loco:

• O teste de tensão de resistência de frequência de rede é altamente eficaz para detectar falhas explícitas e pode determinar qualitativamente o estado do interrompedor. No entanto, tem um ponto cego de detecção para falhas implícitas: quando o grau de vácuo está na faixa de 1×10⁻²Pa a 1×10⁻³Pa, o teste de tensão de resistência de frequência de rede ainda pode passar. Nesse momento, o grau de vácuo já está abaixo do limite de segurança de 1,66×10⁻²Pa, e as sutis diferenças não podem ser distinguidas.

• O medidor de grau de vácuo pode alcançar uma medição precisa na faixa de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, elevando a detecção dos interrompedores da análise qualitativa para a fase quantitativa. Também pode deduzir a vida útil do interrompedor de vácuo com base na variação do grau de vácuo ao longo de um certo período, fornecendo suporte técnico para a avaliação da confiabilidade do equipamento. No entanto, esse método tem limitações na faixa de teste: quando ultrapassa 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, a relação proporcional entre a corrente de íons e a densidade residual de gás (ou seja, o grau de vácuo) em que o medidor de grau de vácuo se baseia muda, e a precisão dos resultados do teste não pode ser garantida. Especialmente para falhas explícitas com vazamento completo (comunicação com a atmosfera), os valores de teste costumam ser próximos aos do estado normal, o que pode levar a erros de julgamento. A razão pode ser explicada pela teoria de colisão de gases: quando a pressão do gás aumenta, a densidade molecular aumenta, resultando em um caminho livre médio de elétrons mais curto. Embora o número de colisões aumente, a acumulação insuficiente de energia cinética dos elétrons reduz a probabilidade de ionização dos moléculas de gás, fazendo com que o instrumento julgue erroneamente o grau de vácuo como bom.

Com base na prática de detecção in loco, deve-se notar especialmente que o teste de tensão de resistência de frequência de rede não pode ser omitido durante a detecção. Somente quando o interrompedor passa no teste de tensão de resistência de frequência de rede pode-se garantir que o grau de vácuo esteja dentro da faixa eficaz do tester, e os resultados subsequentes do teste de grau de vácuo podem ser confiáveis. Portanto, o teste de grau de vácuo e o teste de tensão de resistência de frequência de rede devem ser aplicados em conjunto. Os dois métodos se complementam, e depender exclusivamente de qualquer um deles para julgar o estado do interrompedor tem limitações.

1.4 Teste de Resistência do Circuito Principal

Na detecção in loco, o método de queda de tensão DC é adotado para o teste de resistência do circuito principal, utilizando um tester com corrente não inferior a 100A. Os valores de resistência após a entrega e a reforma devem estar de acordo com as regulamentações do fabricante, e durante a operação, não devem exceder 1,2 vezes o valor de fábrica. Quando o desgaste do contato do interrompedor de vácuo causa mau contato, problemas podem ser detectados através do teste de resistência do circuito. Se a resistência do circuito principal estiver fora do padrão por muito tempo, pode causar superaquecimento do interrompedor, levando a uma diminuição do desempenho de isolamento de componentes relacionados e até explosões de curto-circuito.

2 Medidas para Melhorar a Confiabilidade dos Interrompedores de Vácuo

• Realize regularmente testes de grau de vácuo (combinados com o teste de tensão de resistência de 42kV de frequência de rede) para avaliar o estado do interrompedor. Quando o grau de vácuo diminui, o bulbo de vácuo deve ser substituído (a maioria dos produtos exige a substituição de três fases simultaneamente se uma fase estiver fora do padrão), e testes de características como curso, sincronismo e rejeição devem ser concluídos.

• Elabore ciclos de detecção com base nas regulamentações de testes preventivos de equipamentos elétricos e nas condições reais da unidade. Aumente a frequência de monitoramento nos primeiros dois anos após a comissionamento; recomenda-se realizar testes de tensão de resistência de frequência de rede e grau de vácuo a meio ano, 1 ano, 1,5 anos e 2 anos após a comissionamento, ajustando a frequência de acordo com as condições de operação após 2 anos.

• Planeje adequadamente os ciclos de manutenção e inspecione os interrompedores em conjunto com os testes preventivos anuais. Após 2.000 operações normais ou 10 interrupções de corrente nominal, verifique todas as partes e parâmetros; se os parafusos não estiverem soltos e os parâmetros técnicos atenderem aos padrões, continue a usar.

• Teste regularmente a resistência de contato entre as duas extremidades do interrompedor e os terminais do circuito principal para garantir que não exceda o valor especificado.

• Quando possível, realize medição de temperatura por imagem térmica infravermelha no circuito condutor através do orifício de observação para acompanhar as tendências de temperatura. Resistência do circuito principal fora do padrão, mau contato, defeitos de isolamento ou gradiente de dissipação de calor insuficiente devido a design inadequado do interrompedor podem causar aumento de temperatura em componentes condutores e isolantes, levando a acidentes.

• Os operadores devem realizar patrulhamento regular do disjuntor e prestar atenção se há descarga externa ao bulbo de vácuo (a descarga geralmente indica teste de grau de vácuo fora do padrão, exigindo desligamento oportuno para substituição). Pontos-chave de manutenção:

• Verifique a aparência e limpe a sujeira

• Substitua o tubo de vácuo se o desgaste cumulativo de espessura dos contatos móveis e fixos exceder 3mm

• Inspeção e ajuste regular da distância de abertura do contato, curso de compressão e sincronismo trifásico

3 Conclusões

• A tensão de resistência de frequência de rede, o grau de vácuo e a resistência DC do circuito principal do interrompedor de vácuo são importantes indicadores para caracterizar seu desempenho, desempenhando um papel crucial na compreensão das tendências de vazamento e na estimativa da vida útil.

• O teste de grau de vácuo e o teste de tensão de resistência de frequência de rede têm suas limitações e devem ser aplicados em conjunto para diagnosticar com precisão a confiabilidade do interrompedor.

• Os dois testes não podem se substituir; interrompedores que falham nos testes devem ser substituídos, e recomenda-se revisar as regulamentações de teste da indústria de forma oportuna.

• Para melhorar a confiabilidade, deve-se começar com testes regulares de grau de vácuo, tensão de resistência de frequência de rede e resistência do circuito principal, fortalecer o treinamento técnico para pessoal de operação e manutenção, realizar patrulhamento cuidadoso, medição de temperatura infravermelha e planejamento científico de ciclos de detecção e manutenção para evitar explosões e outros acidentes causados por operações não elétricas errôneas durante a operação ou a troca de carga do disjuntor.